防烟排烟系统分类、组成和工作原理

防烟排烟系统分类、组成和工作原理防烟排烟系统是建筑消防设施的核心组成部分，主要通过控制火灾烟气的流动方向、扩散范围和浓度，为人员安全疏散及消防救援行动创造条件。其设计与运行直接关系到建筑火灾中人员生命安全和财产损失程度，因此在《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB51251）等规范中被列为重点防控对象。系统的分类方式、组成结构及工作原理是理解其功能特性的关键，以下从三方面展开详述。一、防烟排烟系统的分类防烟排烟系统可依据功能定位、作用方式及设置形式进行多维度分类，不同类型系统的适用场景和技术要求存在显著差异。1.按功能定位分类（1）防烟系统：以“阻止烟气侵入”为核心目标，主要设置于疏散路径（如防烟楼梯间、前室、合用前室等）及避难区域（如避难层、避难间）。通过在特定区域内形成高于相邻区域的空气压力（正压），利用压力差阻断火灾烟气的渗透，确保疏散通道和避难场所的空气清洁度。例如，高层建筑防烟楼梯间的正压送风系统可使楼梯间内压力比走廊高约25-30Pa，有效防止烟气通过门缝进入。（2）排烟系统：以“排除已生成烟气”为主要功能，通常设置于火灾易发且烟气易积聚的区域（如房间、走道、中庭、地下车库等）。通过主动抽吸或自然排放的方式，将火场产生的高温有毒烟气快速排出建筑外，降低烟气浓度和热辐射强度，延缓烟气扩散速度，为人员疏散争取时间。例如，商场营业厅的机械排烟系统需在火灾发生后60秒内启动，将烟气控制在设定区域并排出。2.按作用方式分类（1）自然式系统：依赖自然力（如热压、风压）实现防烟或排烟功能。自然防烟系统通过在防烟楼梯间、前室等部位设置可开启外窗（面积需满足规范要求，如前室可开启外窗面积不应小于2㎡），利用室外空气与室内热空气的密度差形成气流，阻止烟气侵入；自然排烟系统则通过在房间、走道等部位设置可开启外窗或排烟窗（开启角度不小于70°），依靠烟气的热浮力从开口处自然排出。该类系统无需额外动力设备，维护成本低，但受建筑高度、外窗位置及气象条件（如风速、风向）影响较大，通常适用于高度较低（如建筑高度不大于50m的公共建筑、工业建筑和建筑高度不大于100m的住宅建筑）或外窗条件良好的场所。（2）机械式系统：通过机械动力设备（如送风机、排烟风机）强制驱动空气流动，实现防烟或排烟功能。机械防烟系统（正压送风系统）通过送风机向防烟楼梯间、前室等区域输送新鲜空气，形成稳定正压；机械排烟系统通过排烟风机将火场烟气经排烟口、排烟管道抽吸至建筑外。该类系统受外界环境影响小，排烟（送风）效率高，适用于自然式系统无法满足要求的场所（如建筑高度超过50m的公共建筑、超过100m的住宅建筑）或对防烟排烟效果要求严格的关键区域（如地下车库、大空间展厅）。二、防烟排烟系统的组成防烟排烟系统由设备组件、管道系统及控制装置三部分构成，各组件协同工作以实现烟气控制目标。1.防烟系统组成（1）设备组件：主要包括加压送风机、送风口及余压阀。加压送风机是机械防烟系统的动力源，通常选用轴流风机或离心风机，其风量需满足规范要求（如防烟楼梯间的加压送风量应不小于16000m³/h）；送风口分为常开式和常闭式两种，常开式风口（如自垂百叶风口）在系统启动时持续送风，常闭式风口（如电动多叶送风口）需通过消防联动信号开启；余压阀是压力调节装置，当防烟区域与相邻区域的压差超过安全阈值（如楼梯间与走道压差超过50Pa）时自动开启泄压，防止因压力过高导致疏散门无法开启。（2）管道系统：由送风管道及相关附件组成。送风管道需采用不燃材料制作（如镀锌钢板、无机玻璃钢），其耐火极限需满足规范要求（如穿越防火分区的送风管道耐火极限不应低于1.50h）；管道截面尺寸需根据送风量和风速（金属管道风速不大于20m/s，非金属管道不大于15m/s）计算确定，确保气流输送效率。（3）控制装置：包括消防联动控制器、压力传感器及手动启动装置。消防联动控制器接收火灾探测器（如烟感、温感）的报警信号后，联动启动加压送风机并开启对应送风口；压力传感器实时监测防烟区域与相邻区域的压差，将数据反馈至控制器以调节风机转速或开启余压阀；手动启动装置（如设于风机房的手动启动按钮）作为应急操作手段，确保在自动控制失效时仍可启动系统。2.排烟系统组成（1）设备组件：主要包括排烟风机、排烟口（阀）及补风装置。排烟风机多为离心风机或混流风机，其风量需根据被排烟场所的体积和排烟时间（如房间排烟量按不小于60m³/(h·㎡)计算）确定；排烟口（阀）分为常开式和常闭式，常闭式排烟口（如电动排烟阀）平时关闭，火灾时由联动信号开启，且与排烟风机联动（排烟口开启后15秒内启动风机）；补风装置用于平衡排烟导致的负压，补风量不应小于排烟量的50%，可采用自然补风（通过可开启外窗）或机械补风（通过补风机）。（2）管道系统：由排烟管道及防火阀组成。排烟管道需采用不燃材料制作，其耐火极限要求与送风管道一致（如水平排烟管道穿越防火分区时耐火极限不应低于1.00h）；管道内烟气温度较高（可达280℃），因此需设置排烟防火阀（安装于排烟管道与通风空调管道合用部位或穿越防火分区处），当烟气温度超过280℃时自动关闭并联动停止排烟风机。（3）控制装置：与防烟系统类似，包括消防联动控制器、烟感探测器及手动操作机构。控制器接收火灾信号后，联动开启着火防烟分区的排烟口并启动排烟风机；烟感探测器作为触发源，其设置间距（如在顶棚高度不超过6m的场所，探测器保护半径不超过5.9m）需满足规范要求；手动操作机构（如设于排烟口附近的手动开启按钮）确保人员可在现场直接启动排烟。三、防烟排烟系统的工作原理防烟排烟系统的运行遵循“分阶段响应、精准控制”原则，通过压力差调控或气流组织实现烟气控制目标。1.防烟系统工作原理（1）自然防烟：火灾发生时，防烟区域（如前室）与非防烟区域（如走廊）因温度差异形成热压。防烟区域外窗开启后，室外冷空气经外窗进入前室，与室内空气混合后温度升高，密度降低，向上流动并通过顶部开口排出，形成“进-排”气流循环。由于前室空气压力高于走廊（压差约为25-30Pa），烟气无法通过门缝或其他间隙侵入前室，从而保护疏散路径。（2）机械防烟（正压送风）：火灾探测器检测到烟气后，消防联动控制器发出指令，启动加压送风机并开启对应楼层的送风口。风机将室外新鲜空气经送风管道输送至防烟楼梯间或前室，使该区域空气压力持续高于相邻区域（如楼梯间与走道压差保持40-50Pa，前室与走道压差保持25-30Pa）。多余空气通过门缝或余压阀排出，形成稳定的正压环境，阻断烟气渗透。若系统检测到压差超过安全阈值（如楼梯间压力过高），余压阀自动开启泄压，确保疏散门可正常开启。2.排烟系统工作原理（1）自然排烟：火灾产生的高温烟气（温度可达300-600℃）因密度小于空气而向上流动，聚集在房间或走道顶部。当烟气接触到可开启外窗或排烟窗时，热浮力推动烟气通过开口向室外排出。为确保排烟效率，排烟窗需设置在房间净高度的1/2以上（如净高度3m的房间，排烟窗下沿应高于1.5m），且开启面积需满足规范要求（如中庭自然排烟口面积不应小于该中庭地面面积的5%）。（2）机械排烟：火灾发生后，着火防烟分区的烟感探测器触发报警，消防联动控制器首先开启该分区的常闭式排烟口（阀），随后启动排烟风机。烟气经排烟口进入排烟管道，被风机抽吸至建筑外。同时，补风系统启动（自然补风时，室外空气通过外窗或专用补风口进入；机械补风时，补风机将室外空气经补风管道输送至排烟区域），平衡因排烟导致的负压，确保气流组织稳定。若烟气温度超过280℃，排烟防火阀关闭并联动停止风机，防止高温烟气引燃管道周边可燃物。在实际运行中，防烟与排烟系统需协同工作。例如，当某楼层发生火灾时，机械防烟系统保障楼梯间、前室的正压环境，机械排烟系统则排出该楼层及相邻区域